Mikrofluidisches System zur Multi-Analytik-Überwachung von Metaboliten in 3D-Zellkulturen
Dezember 2021
University of Freiburg, Freiburg, Deutschland
Dreidimensionale Zellkulturen mit von Patienten stammenden Stammzellen sind wesentliche In-vitro-Modelle für eine effizientere und individuellere Krebstherapie. Derzeit sind die Kulturbedingungen und Metaboliten-Konzentrationen, insbesondere Hypoxie, in mikrophysiologischen Systemen oft nicht kontinuierlich und in situ zugänglich. Das Verständnis und die Standardisierung der zellulären Mikroumgebung sind jedoch der Schlüssel zu erfolgreichen In-vitro-Modellen. Hier wurde eine mikrofluidische Organ-on-Chip-Plattform für matrixbasierte, heterogene 3D-Kulturen mit vollständig integrierten elektrochemischen Chemo- und Biosensor-Arrays für die Energiestoffwechselprodukte Sauerstoff, Laktat und Glukose entwickelt. Hochentwickelte Mikrostrukturen ermöglichen eine einfache Integration der Zellmatrix, Kompartimentierung und mikrofluidischem Zugang. Von Patienten stammende, dreifach negative Brustkrebsstammzellen entwickeln sich in einer heterogenen Sphäroidkultur auf dem Chip zu Tumororganoiden. Das System ermöglicht dabei eine On-Chip-Multianalyt-Metabolitenüberwachung unter dynamischen Bedingungen in einer matrixbasierten Kultur über mehr als eine Woche und eine umfassende Kontrolle der Kulturbedingungen, einschließlich Hypoxie, und eine gleichzeitige Überprüfung durch integrierte Sensoren. Reaktionen auf Veränderungen der Kulturbedingungen und der Exposition gegenüber Krebsmedikamenten, wie z. B. Metabolitverbrauch und -produktionsraten, konnten quantitativ und in Echtzeit erfasst werden. Der Ansatz hebt die Bedeutung einer kontinuierlichen In-situ-Metabolitenüberwachung in 3D-Zellkulturen im Hinblick auf die Standardisierung und Kontrolle der Kulturbedingungen und das Arzneimittel-Screening in der Krebsforschung hervor. Insgesamt unterstreichen die Ergebnisse das Potenzial von Mikrosensoren in Organ-on-Chip-Systemen für eine erfolgreiche Anwendung, z. B. in der personalisierten Medizin.
Microfluidic organ-on-chip system for multi-analyte monitoring of metabolites in 3D cell cultures
Andreas Weltin
Eingestellt am: 22.12.2021
[1] https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/LC/D1LC00689D[2] https://www.bionity.com/en/news/1174895/3d-tissue-structures-on-the-chip-act-as-organs-in-miniature.html?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=bionityde&WT.mc_id=ca0264
